Audio HAL의 역할 및 구조

Audio HAL의 역할 및 구조

1. Audio HAL 개요

Android의 오디오 시스템은 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 계층을 통해 동작합니다. 이 중 Audio HAL (Hardware Abstraction Layer) 은 하드웨어와 상위 소프트웨어 계층(프레임워크) 간의 인터페이스 역할을 담당하며, 오디오 하드웨어의 세부 구현을 프레임워크에서 추상화하여 일관된 방식으로 접근할 수 있도록 합니다. 이를 통해 Android 시스템은 서로 다른 오디오 하드웨어에서도 일관된 API를 제공할 수 있습니다.

Audio HAL은 Android Open Source Project(AOSP)에서 정의한 HIDL(Hardware Interface Definition Language) 또는 최신 버전에서는 AIDL(Android Interface Definition Language) 을 기반으로 구현되며, 오디오 하드웨어에 대한 기능을 노출하는 표준 인터페이스를 제공합니다.

본 포스팅에서는 Audio HAL의 역할과 구조를 자세히 살펴보겠습니다.

---

2. Audio HAL의 역할

Audio HAL은 오디오 프레임워크(Audio Framework)와 오디오 드라이버(Audio Driver) 사이의 중간 계층으로 동작합니다. 주요 역할은 다음과 같습니다.

2.1 오디오 하드웨어 추상화

오디오 하드웨어는 제조사마다 다른 구현 방식을 가지므로, Android 시스템에서는 이를 표준화하기 위해 Audio HAL을 정의하고 있습니다. HAL을 통해 하드웨어의 차이를 숨기고, 애플리케이션 및 상위 프레임워크에서는 표준 API를 통해 오디오 기능을 사용할 수 있도록 합니다.

2.2 오디오 데이터의 송수신

Audio HAL은 오디오 데이터를 상위 소프트웨어 계층에서 하드웨어로 전송하거나, 반대로 하드웨어에서 데이터를 수신하여 상위 계층으로 전달하는 역할을 합니다. 예를 들어, 음성 녹음, 오디오 출력, 블루투스 오디오 데이터 전송 등이 포함됩니다.

2.3 오디오 경로 및 설정 관리

Audio HAL은 오디오 데이터가 적절한 경로로 전달되도록 설정을 조정합니다. 예를 들어, 스피커, 유선 헤드셋, 블루투스 헤드셋, USB 오디오 출력 등 다양한 오디오 출력을 고려해야 합니다. 사용자의 설정이나 시스템의 요구에 따라 출력 경로를 변경하는 역할을 합니다.

2.4 오디오 포맷 및 샘플링 레이트 관리

오디오 하드웨어는 지원하는 포맷이나 샘플링 레이트가 다를 수 있습니다. Audio HAL은 상위 프레임워크가 요청하는 오디오 포맷과 하드웨어가 지원하는 포맷을 매칭하고, 필요한 경우 변환 작업을 수행합니다.

2.5 오디오 효과 및 DSP(Digital Signal Processing) 처리 지원

일부 오디오 하드웨어는 DSP 기능을 포함하여 오디오 효과를 처리할 수 있습니다. Audio HAL은 이러한 기능을 프레임워크와 연동하여 사용할 수 있도록 API를 제공합니다.

---

3. Audio HAL의 구조

Audio HAL은 크게 HIDL 기반의 HAL 인터페이스와 HAL 구현체로 구성됩니다. 아래는 Audio HAL의 구조를 나타낸 다이어그램입니다.

+----------------------------+
| Application Layer          |
+----------------------------+
| Audio Framework            |
| (AudioFlinger, AudioPolicy)|
+----------------------------+
| Audio HAL (HIDL/AIDL)      |
+----------------------------+
| Kernel Layer               |
| (ALSA, Audio Driver)       |
+----------------------------+
| Hardware (Codec, DSP)      |
+----------------------------+

3.1 Audio HAL 인터페이스 (HIDL/AIDL)

Android 8.0(Oreo)부터 Audio HAL은 HIDL을 기반으로 정의되었으며, 이후 최신 버전에서는 AIDL로 전환되고 있습니다.

• HIDL(Hardware Interface Definition Language): Android의 기존 HAL을 대체하기 위해 도입된 인터페이스 정의 언어로, C++로 구현됩니다.
• AIDL(Android Interface Definition Language): 최신 Android에서는 HAL을 AIDL로 마이그레이션하여 보다 유연하고 안정적인 구조를 제공합니다.

HIDL 기반 Audio HAL의 주요 인터페이스 파일 예시는 다음과 같습니다.

package android.hardware.audio@6.0;

interface IAudioDevice {
    getAudioProperties();
    openOutputStream();
    openInputStream();
    closeStream();
}

3.2 Audio HAL 구현체

HAL 구현체는 HIDL 또는 AIDL 인터페이스를 실제 오디오 하드웨어에 맞게 구현한 C/C++ 코드입니다. 일반적으로 /vendor/lib/hw/audio.primary.<chip>.so 형태로 제공됩니다.

HAL 구현체는 다음과 같은 주요 API를 포함합니다.

• openOutputStream() : 오디오 출력을 위한 스트림을 연다.
• openInputStream() : 오디오 입력을 위한 스트림을 연다.
• setParameters() : 오디오 설정을 변경한다.
• getParameters() : 현재 오디오 설정 값을 조회한다.
• standby() : 오디오 스트림을 대기 상태로 전환한다.

각 API는 오디오 드라이버와 직접 상호작용하며, 하드웨어에 맞는 동작을 수행합니다.

3.3 커널 레이어 (ALSA 및 오디오 드라이버)

Audio HAL은 커널 레이어의 오디오 드라이버와 상호작용하여 오디오 데이터를 송수신합니다. Android에서는 주로 ALSA (Advanced Linux Sound Architecture) 를 사용하여 오디오 장치를 제어합니다.

오디오 드라이버는 하드웨어 코덱과 직접 연동하며, HAL을 통해 전달된 오디오 데이터를 실제 하드웨어로 전송합니다.

---

4. Audio HAL 개발 및 커스터마이징

Audio HAL을 커스터마이징하여 특정 하드웨어에 맞게 개발하려면 다음과 같은 과정이 필요합니다.

1. HIDL/AIDL 인터페이스 정의: 필요한 기능을 지원하는 HIDL 또는 AIDL 인터페이스를 분석하고, 필요한 경우 확장합니다.
2. HAL 구현체 작성: HIDL/AIDL 인터페이스에 맞춰 C/C++로 HAL 구현체를 개발합니다.
3. 커널 드라이버 연동: ALSA 드라이버 또는 기타 커널 오디오 드라이버와의 연동을 검토합니다.
4. 테스트 및 디버깅: Android의 audioflinger 및 audioserver 로그를 확인하며 동작을 검증합니다.

---

5. 마무리

Audio HAL은 Android 오디오 시스템에서 하드웨어와 소프트웨어 프레임워크 간의 중요한 연결 고리 역할을 합니다. 이를 통해 제조사는 다양한 오디오 하드웨어를 Android에 쉽게 통합할 수 있으며, 사용자에게 일관된 오디오 경험을 제공합니다.